- 人体奥秘(彩图精装)
- 朱立春编著
- 963字
- 2024-11-03 04:12:56
第一章 大脑与感官
大脑的构造是怎样的
脑位于颅腔内,它受脑膜和厚厚的颅骨的保护,处于一种特殊的营养性液体——脑脊液中。脑脊液具有缓冲作用,在颅骨受到冲击时起到保护脑的作用。脑是神经系统的中枢,也是人体内最复杂的器官。脑虽然重约1.3千克,但所消耗的能量约占人体全部能量的20%。
人脑内包含数亿个神经元(神经细胞)和神经胶质细胞,神经胶质细胞起着支撑和保护神经元的作用。
人脑主要包含3部分:大脑约占人脑总重的90%,是脑中最大的部分,大脑的外层是大脑皮层,大脑皮层上的褶皱所形成的凸起叫做“回”,凹槽叫做“沟”,每个人大脑皮层的褶皱都不完全相同,组成大脑皮层的神经元叫做灰质,灰质的下面则是白质,白质大多是由长长的神经束或轴突组成。大脑是由左、右两个大脑半球组成,这两个脑半球通过神经纤维相联系。每个脑半球根据其上的裂纹可分为4部分:枕叶、颞叶、顶叶和额叶。
脑部受到的保护
脑部这个精密的器官受到1层脑骨胳(即颅骨)和3层膜(即脑膜)的保护。脑脊液处于脑膜的中间层和内层之间,当头部受到外伤时,脑脊液起到缓冲作用。此外,脑脊液中含有丰富的葡萄糖和蛋白质,为脑细胞提供能量。脑脊液中还含有淋巴细胞,帮助脑抵御病菌的感染。脑脊液在脑和脊柱之间流动,并流经脑部的4个腔——脑室。
⊙脑的切面图
此处是脑的切面图和侧面图。图中标明了视神经、嗅球和眼球的位置,以显示它们和脑的联系。
知识库
●脑的两半球的分界清晰可见,但它们之间通过几百万条神经纤维相联系。
●人脑约占人体总体重的2%。
●脑是胚胎期发育最快的器官。
脑的第2大部分是小脑,小脑位于大脑的边缘。小脑的形状像是一只合上翅膀的蝴蝶,在中心区两侧各有一个小脑半球。小脑的表面是灰质,灰质形成脊状薄层。位于灰质下面的是树枝状的白质,白质中包含有更多的灰质,它们的功能是将信息传递到脊柱和脑的其他部位。
脑的第3部分是脑干。脑干包括延髓、桥脑、中脑,并向下延伸到脊髓。脑干的神经细胞起着联系脊髓和脑各部位的作用。
通过观察大脑的切面图,可以看到大脑的其他部位。脑干上方是球状丘脑,丘脑负责传播大脑皮层从脊髓、脑干、小脑和大脑其他部位所接收的信息。下丘脑很小,靠近脑的底部,它在激素的释放过程中起着重要的作用。另一个部位是扁桃核,它控制着人体内的一些基本功能。尾状核辅助人体的运动。在大脑底部观察到的连接大脑两半球的神经纤维称为胼胝体。
大脑怎样工作
我们清醒时,人脑从眼睛、耳朵以及触觉、味觉和嗅觉器官接收大量的信息。脑随之对这些信息迅速地进行分类,并运用它们来控制我们的思考和行动。除这种有意识的活动外,脑还在无意识中控制着人体生理系统的正常功能,维持生命的最佳状态。
人脑常常被比作一台复杂的电脑,它发出命令,对信息进行处理和储存,并为我们提供思考所需的信息。与此同时,脑还可以思考下一步行动,发出信号指令,使肌肉收缩,四肢运动,以达成这一行动。我们还可以在同一时间内进行谈话这样复杂的活动。此外,脑对已经发生的事件进行记忆储存,使我们在以后可以回忆起这些事件。脑还执行着许多无意识的活动,诸如保持心脏跳动或监控人体内其他过程。
脑的各个部分有着不同的功能,它们受到脑的统一协调,常常彼此联系。
⊙战斗中的飞行员
在脑中数百万个神经通路的作用下,这位飞行员可以驾驶飞机,察看各种仪器,同其他飞行员进行交谈,并思考下一步的行动。
大脑执行比较高级的脑力活动,诸如学习、记忆和推理。大脑的4个区各自执行一项特殊的脑力活动。靠近前额的额叶控制判断、思考和推理。额叶后面的区域控制言语。位于大脑两端的顶叶对所接收到的触觉、温度以及疼痛方面的信息进行处理。颞叶则负责听觉,并且和记忆储存有关。颞叶附近分布着负责味觉和嗅觉的细胞。位于大脑后端的枕叶控制视觉。
大脑的这4个区和大脑皮层上的联合区相互作用。联合区对信息进行加工后,将其传递到脑的其他部位,并且在智力发展过程中起着重要的作用。
⊙脑半球的分工
我们的逻辑思考和创造性活动分别由不同的脑半球控制。脑的左半球控制我们对数字、语言和技术的理解;脑的右半球控制我们对形状、运动和艺术的理解。
小脑主要的功能是维持人体平衡,并协调肌肉运动。例如,人的行走离不开小脑的协调。脑干是脑的第3部分,其中有若干个控制中心,它们控制着呼吸、心率、血压和消化,对于维持生命至关重要。此外,它们还控制着人体内的一些反射活动,例如呕吐。脑干还负责清醒和睡眠。
反射活动
人体在受到某些刺激时,需要迅速做出反应,才能使人体免受伤害。在这种情况下,信息来不及传导到脑部,而是传导到脊髓,这就是反射活动。例如,当人踩到钉子时,感受神经元将这个信息传导到脊髓,脊髓和运动神经元相连,直接将信息传导到腿部肌肉,使肌肉收缩。反射完成之后,脑部才接收到这次信息。
人们为何能记忆往事
人们能够生动地回忆童年时发生的一件小事,尽管这件事已经过去了很多年。人们也能回忆起某个梦境,哪怕他在现实生活中从未有过类似的经历。然而,人们又往往会忘记几个小时前拨打的那个电话号码或某个人的名字。这些只不过是展示人类记忆的神奇以及记忆工作方式的几个常见的例子。
人脑能够储存过去曾经发生过的事件,在之后回忆起这些事件,并且运用这些信息完成具体的任务,这种能力称为记忆。记忆是一个极其复杂的储存系统,常常需要许多活动的参与和协作。
记忆主要分为3种类型。第一种为感官性记忆,这是我们认识世界的一种方式。例如,我们对声音的辨认便属于感官性记忆,我们通过倾听他人的发音来理解言语。由感官性记忆得来的印象被传递到记忆系统的其他两个部分,即短期记忆和长期记忆。
当我们进行数字运算这样简单的任务时,所运用的记忆便是短期记忆。要完成这个运算任务,我们必须回忆起足够长的数字。研究表明,短期记忆分为3个阶段:语音环路(储存语言信息以备计算之用)、视觉空间缓冲器(帮助我们处理视觉形象)和中央执行器(控制其他功能)。
长期记忆是对信息进行长时间甚至是永久性的储存。它包括两部分,其中语义记忆针对常识性的事实,例如“狗”一词的含义;情境记忆则用来保存你刚才所做事情的经验。
⊙脑的记忆系统
信息经脑部处理后,一部分迅速流失,其余则被储存在短期记忆或长期记忆中。信息储存在哪个记忆系统则受到许多因素的影响。
记忆的储存
脑的不同部位对不同的感官体验做出解释。例如,脑的某一部分负责辨认面容,而另一部分则负责辨认物体。脑中处理某个意象的场所很可能也是相关记忆储存的场所。也就是说,脑中并没有专门储存记忆的部位。
当脑储存某些记忆时,负责处理信息的神经元发生相应变化。如果这个事件储存在短期记忆中,神经元所发生的变化是暂时性的生化变化。如果这个事件储存在长期记忆中,那么相关神经元的蛋白质组成会发生较为持久的变化。事件被储存在长期记忆中的这一过程称为巩固过程。事件要通过某种方式被强化,例如重复,或是在其他重要事件之间产生联想,才能储存在长期记忆中。
记忆力测验
用1分钟观察上图中的物体,并努力记住它们。现在合上书,尽可能多地写下你能回忆起的物体名称。这个练习可以测验你的短期记忆能力。然后分别在1小时之后、1天之后和1周之后检查有多少物体储存在你的长期记忆中。
测测你的IQ
思维意味着运用大脑卓越的思考能力。通过思维,我们可以想象出从未见过的事物,可以在某次行动前进行计划,可以完成复杂的运算,可以理解他人的话语并与之交流,可以推理,还可以创造从图画到太空船等各种各样的事物。智商是衡量思维能力的一种标准,英文为Intelligence Quotient,简称IQ。
我们的思维能力以及学习和记忆能力,都在一定程度上受到天生智力水平的限制,但是很多人没有别人聪明,只是因为他们没有充分开发自己大脑的潜力,譬如说他们没有得到充分的尝试机会,或是在关键的学前时期没有得到应有的鼓励。
思维的方式是多种多样的,我们进行思维的情境也是多种多样的。我们既可以独立思考,也可以参与集体的思考;我们既可以用数字进行思考,也可以用观点、词语或符号进行推理(推理意味着在已知信息的基础上作出进一步的判断)。我们还可以创造一些视觉形象,以供他人思考。每个人的思维速度也不尽相同。人的思维速度受到多方面的影响,包括人本身的思维能力,所思考的问题,当时的情景,甚至情绪。有时,我们需要先理解别人的想法,然后再准确地形成自己的想法。
⊙智力水平
智力这个术语涵盖了许多方面的能力。例如,手术操作要求医师具备高水准的专业知识和在压力下做出决定的能力,医师之间还需要相互配合。其他工作所要求的具体技能有所不同,不过同样具有难度。
智力
智力是人们所具有的许多方面能力的综合,它涵盖了思考、推理、理解和记忆等方面的能力以及人们进行这些活动的速度。
智力测验是衡量智力的方法之一,常常称为智商测验。智商测验通常由语言测验和操作测验两部分组成。语言测验考查常识和理解、算术、推理、记忆等方面的能力,以及词汇量。
操作测验考查猜谜、分析抽象图形、补充图形和解码等方面的能力。智商测验的局限性在于它只考查某些方面的能力,忽视了其他方面,而且不考量人们在文化和语言等方面存在的差异。以下介绍了一些智商测验的类型(答案见第25页)。
智力的分布
这个图表展示了人群在不同智力范围内的分布比例。蓝色长条区域显示了将近3000名2~18岁被测儿童的智力范围。红线标明了平均智力水平。实际结果和实验人员所估算的智商分布极为接近。
⊙折纸盒
将左侧这张摊开的纸折叠后会形成哪一个盒子(1,2,3或4)?
⊙哪一组运算正确?
将+,-,×符号插入这五个数字间的四个空格处进行运算,可以得到18。A,B,C,D,E,F中哪一组运算符号正确?
⊙逃避恐龙
下图是两个学生正在博物馆参观大型食肉动物霸王龙的骨骼。一个学生说:“这些动物一口就能吞下一个史前人。”另一个学生说:“它们确实吞得下,不过它们从没吞下过。”他说的对吗?如果对,为什么?
⊙破解密码
下列某一个盘子适合放入右图中心问号所在位置,它是A,B,C,D,E和F中哪一个盘子?
性别差异知多少
男性的大脑是否和女性不同?换言之,男性和女性的思考方法和行为模式真的不同吗?如果存在这样的差别,这些差别是怎样形成的?它们是由先天的遗传基因决定的,还是受到后天教育的影响?如果两性大脑并没有根本差别,是否因为社会对我们在工作和家庭中的行为有特定的期望才导致了这些区别?
男性和女性在人类历史上担任着不同的角色。在父系氏族时期,强壮的男性负责狩猎和保卫家园,女性则负责操持家务,照料家庭并采集果实。
如今这种认为男女角色不同的假设依然盛行,我们称之为性别定势。人们通常认为男性强硬,有抱负,倾向于用科学的方法解决问题;而一个典型的女性则是敏感的,易于妥协,她们常常对艺术比对科学更感兴趣。这些公认的差别导致了雇主对待男女雇员的方式有所区别。人们认为男性更具有竞争性,重视事业的程度超过家庭。女性则通常被认为是不太具有竞争性,因此工作效率不是很高,而且她们重视家庭的程度往往超过事业。然而我们会问,这些差别有确凿证据吗?
生理和环境证明
科学家认为,很可能父母基因蕴涵的某些能力是只会遗传给儿子或女儿的。例如,灵敏地抓住球的能力往往遗传给男性后代。雄性激素和雌性激素可能也在某些方面影响大脑的工作方式和思维方式。还有人提出,男性和女性的大脑组织方式的确有所不同。但是,到目前为止,这些论点都缺乏有力的证据。
⊙这是谁的工作?
这位年轻女工正在修理高性能轿车。她的例子可以反驳性别决定工作的观念。
另外还有一种可能性,那就是教育过程中的性别定势也导致了两性思维方式的不同。孩子出生之后的衣服颜色和玩具都是成人按照“适合”于他或她的性别标准挑选的。
在孩子成长过程中,社会也期望他或她的行为符合一定的性别模式。个人的行为和思维方式在一定程度上受到这些压力的影响。这些因素对我们每个人的思维和行为产生的作用很可能超过任何生理因素,而且在很大程度上塑造了我们在生活中所承担的角色。
请尝试解答本页的谜题,并观察男性和女性分别擅长解答哪类问题。比较你和其他朋友答题时间的长短。(答案在第25页)
⊙这里有多少个球?
这个练习测验你观察细节的能力。五角形、正方形、椭圆和正方形中各有多少个球?上图中一共有多少个球?
鱼和鱼钩
观察A,B,C,D四 个图形,哪一个图形与众不同?这是一个逻辑测验。
⊙齿轮转动
这里有两组齿轮,请按箭头指示方向转动每组的第1个齿轮,判断第1组齿轮上的2个水桶会上升还是下降,以及第2组最后1个齿轮的转动方向是顺时针还是逆时针。这个练习测验你的空间识别能力。
教你学习的技巧
有时,某些人看起来智慧超群,这是因为他们掌握了有效学习和记忆的方法,并且愿意努力学习以获得优异成绩。事实上,这些技巧并不复杂,我们每个人都能够掌握。
为什么某些人看起来比别人聪明,总能在考试中获得好成绩呢?部分原因是他们的大脑生来便具有丰富的神经联系,使得他们学习效率高,记忆力强,并且推理和运算能力强。另外一个很重要的原因是他们采用的学习方式行之有效,并且他们对学习感兴趣。我们能够运用一些策略来提高大脑的工作效率,从而达到改善学习和增强记忆的目的,并使我们进一步发掘自身潜力,掌握更多技能。
⊙学习时间
适当的环境有利于提高学习效率。图书馆拥有丰富的文献资料,为大学生提供了一个安静的学习环境。
从某种程度上说,我们也能够提高自身的智力水平。智力包括许多方面的技能,通过接受这些方面的培训和教育,智力就能得到提升。例如,词汇量丰富的人才能有良好的语言表达技能。人们可以通过掌握新词汇(能够在口语和书面语中学习并运用新单词)和扩大阅读量来增加自己的词汇量,提高自我表达能力。
学习和记忆的技巧
重复记忆。你记忆某件事的次数越多,关于这件事的长期记忆就越深刻。
分段学习。许多次短期学习的效果比一次长期学习的效果要更好。当你不能再集中精神时,就休息一下。
展开联想。将你正在努力记忆的新信息和已有知识之间建立联系。
有逻辑性地学习。建立有结构性的系统学习方式,有利于形成有逻辑性的大脑记忆模式。
在纸上书写。把关键事实写下来,或者在纸上进行运算,有利于集中注意力,并且能起到加强记忆的作用。
分解学习内容。通过记录关键词和简练的笔记,将学习内容分解为许多小部分。将来你只需复习关键词,就能回想起其余的内容。
重新组织信息。用你自己的语言记笔记,而不是一字不差地抄写书上和电脑屏幕上的内容。
分析资料。首先浏览目录和标题部分,以便对该书内容有一个概括的了解。其次通览全书,找出关键性的词句和信息。然后对选定章节进行精读,并记下笔记。最后用你自己的语言对全书进行简短概括。
生病或疲倦时停止学习。尝试把学习看作日常生活中的一部分,而不是必须忍受的负担。
阅读其他文献。如果你觉得某本书很难理解,你可以试着阅读其他资料中的相关内容,也许别的作者更擅长于讲解这方面的知识。
有规律地学习。给自己制定一个学习时刻表,并严格遵守。这个时刻表所设定的目标应该是合理可行的。如果你跟不上这个时刻表的进度,就对它进行适当调整。当你完成某项任务后,可以把这一项从时刻表上划去,你可以从中看到自己的进步。
相信自己。无论你学习什么内容,任何有意识的努力都会加强你的学习效果。即使看起来别人学习的内容比你多,也不要担心。只要你有动力地学习,并且全身心地投入,你就会发现自己成绩斐然。
⊙学习演奏乐器
学习一种乐器,例如小提琴,是需要花费时间的。这个学生不仅需要在课堂上接受教师一对一的指导,还需要在课下投入大量时间自己练习。
考试中的写作技巧
以下方法可以帮助你通过那些困难的考试:
●读完试卷上的所有问题。
●在下笔之前进行构思。
●所写内容不要离题。
●写全开头、正文和结尾。
●在对问题已经进行全面回答之后,不要再盲目添加文字。
●字迹清晰。
●答题过程中要将问题保留在脑海中。
●图表要醒目,并且内容明了。
●论据应当包括大量的事实、数据和其他信息。
●计划好时间,保证不遗留任何问题。
如何成功解决问题
有人认为,人类能在如此短暂的时间内取得如此辉煌的文明进步,一个很重要的原因就是人类拥有解决问题的能力。正因为如此,人类才能够治愈各种威胁生命的疾病,在恶劣的环境中生存,揭开许多时空谜题,并能探索地球之外的空间。
每个人都会遇到问题。例如,小孩儿可能遇到的问题是如何拧开一个门把手;学生可能遇到的问题是如何修改论文,以通过考试;商务人士可能遇到的问题是如何为公司扩展筹集资金。所有的问题都有一个共通性:人们不满意目前的状况,并且想要改变这种情况。幸运的是,我们能够解决日常生活中遇到的大多数问题,因为解决问题乃是思维的一种形式。解决问题的方法和策略虽然多种多样,但大多数人都能学会这些方法和策略,并运用它们轻松有效地解决自己遇到的问题。的确,有些人把解决问题看作是有趣的挑战。事实上,许多机构就是为了替人们解决各种问题而成立的。
解决问题的各个阶段
解决问题的过程可以分解为几个阶段。第1个阶段是确定问题本身,并且对问题的状况做出评估。第2个阶段是设定目标:我们理想中的情况是什么样子?第3个阶段则是遵循某种途径或模式,达到目标。在第1个阶段应当清晰准确地确定问题,这一点很重要,它可以避免浪费时间和精力去达到错误的目标。
知识库
●首先,你必须准确地认识问题,才能成功解决问题。
●解决问题时,首先应当部署整套可行的计划,然后稳妥地展开行动。
●如果问题没有得到解决,就尝试别的方法。
●把每一个问题都看作是新问题,因为你以前的经验未必奏效。
⊙选择航线
这些战士必须在不利于航行的下雪天完成航行任务。在解决这个问题时,地图是必要的,它可以帮助飞行员选择最佳航线,从而完成目标。
接下来是考虑达到目标的途径。我们可以在脑海中预演和想象各种途径,甚至可以模拟练习。我们还可以对这个过程进行分解,写出分阶段实现的小目标。有的问题十分困难,也许要经历多次尝试才能得到解决。有时,我们需要从崭新的角度思考问题,也就是说,换一种方式重新给这个问题定位,突破那些常规假定,这样也许会产生更富有想象力的解决方案。这种富有创意的思维方式称为水平思考。下面就是一个水平思考的例子。假设你有一个砾石采掘场,但是现在所有的砾石都已经被别人开采完了,你该怎样靠自己的土地生活呢?有一种方案是你可以把这个坑灌满水,把它变成一个渔场。
⊙够着它
先在树上系一根绳子,然后在标杆上再系一根绳子。当你拉着标杆上的绳子时,你够不着树上的那根绳子。现在给你一块模型黏土,你能用它同时够着两根绳子吗?
逆向思维是解决难题的另一种方法。将目标转变为起点后,所有步骤都可以反向确定。假设你要组装某件仪器,你可以先仔细地拆开另一个相似的仪器,从而了解组装的程序。现在试试看你能否解决本页列出的问题。(答案见25页)
⊙连环
上面五组链条可以连在一起。通常的做法是打开C环(第1步),把它连到D环上(第2步),然后打开F环,依此类推,这样需要8个步骤。你能想出更简单的方法吗?
⊙12根吸管的难题
用12根吸管组成6个同样大小的正方形。提示:你会用到透明胶带。
脚不沾地
这3块木板(红色)的长度不够连接相邻的两根柱子(紫色)。如果你想要脚不沾地地从一根柱子到达另一根柱子,应当怎样布置这些木板?
你睡得好吗
在我们的一生中1/3左右的时间是用来睡眠的,正常的睡眠是人类24小时活动周期中不可缺少的一部分。睡眠能使身体得到休息,并且使大脑恢复精力。在睡眠中,人体防御系统有效地进行着细胞和组织的修复,并抵抗疾病。此外,在睡眠中,我们的潜意识十分活跃,大脑活动随之发生相应变化。
人类和其他哺乳动物一样,都有两种睡眠。一种是快速眼动睡眠(夜间做梦时眼球快速而细微地移动。又称眼球速动期),双眼在闭合的眼睑后快速运动,在这段期间人们会做梦,大脑活动最为频繁。另一种睡眠中没有快速眼动,人们夜间的睡眠大部分是这一种,其间也规律性地穿插着短期快速眼动睡眠。在睡眠的不同阶段,脑电波的模式不同,人体内生理过程和肌肉活动也发生相应变化。
睡眠的原因
目前,我们尚未完全了解睡眠的原因,不过人们普遍认为,睡眠期间活动较少,人体可以得到休息,恢复精力。婴儿和青少年睡眠时间较长,因为这都是身体发育最快的时期。病人的睡眠时间也比较长,人体的修复系统在此期间与疾病作斗争,从而使身体恢复到健康状态。
人们还认为,快速眼动睡眠在大脑学习过程和记忆模式形成过程中起着一定作用。
我们每天的睡眠时间平均为8小时。不同年龄段的人的睡眠时间显著不同;即使年龄相同的人,睡眠时间也有细微差别。新生儿的睡眠时间通常是每天16个小时,甚至更长。1岁左右的孩子睡眠时间是13~14个小时。在5岁到15岁,青少年睡眠时间减少为9~10个小时。老年人的睡眠时间通常不超过6个小时。长期缺乏睡眠会使人迟钝,能力降低,还会影响正常情绪和行为。
⊙睡眠时间
不同年龄的人所需的睡眠时间也不同。人们通常在年少时睡眠时间较长,年长时睡眠时间较短。1岁左右的幼童每天需要13 14个小时的睡眠时间。
知识库
●睡眠规律被打乱的人平均得病率较高,例如值夜班的工人。
●医学上将长期入睡困难称为失眠症。
●每年有超过一千万的美国人向医生咨询睡眠方面的问题。
⊙年龄对睡眠的影响
这两幅图显示了人在25岁和70岁时睡眠模式的区别。人在70岁时的深度睡眠时间(第3阶段和第4阶段)约是25岁时的1/4,而瞌睡或清醒时间(第1阶段)约是25岁时的4倍。老年人做梦的时间也比较短。二者轻度睡眠时间(第2阶段)差别不大。
压力过大、疾病和不规律的生活都会导致失眠症,失眠症患者不能正常入睡。嗜睡症也是睡眠方面的主要问题,这种患者常常睡眠过度。
⊙睡眠模式
正常的睡眠模式包括规律性的起伏。睡眠过程中轻度睡眠和深度睡眠多次交替往复。随着睡眠时间的增加,深度睡眠程度减弱。在快速眼动睡眠时,人体的呼吸和心率减弱。在深度睡眠时,肌肉活动最少,心率和血压也降至最低点。
你是怎样看到图像的
眼睛的结构很像一部照相机。眼睛前方的虹膜起着照相机里光圈的作用,调节着进入眼的光线的多少。眼睛里的晶状体可以调节物像,使物像聚焦。视网膜就像照相机里的底片,起着捕捉物像的作用。底片只能使用一次,视网膜却可以使用无数次。眼睛里的物像必须经过一定处理后才能形成视觉,这一点也和照相机相似。
人的双眼是视觉器官,对光线最为敏感。每只眼的直径约为2.5厘米。眼睛位于眼眶内,眼眶由骨头组成,是颅骨的一部分。眼睛中分布着丰富的血管和神经。在不同肌肉群的作用下,眼球在眼眶内转动。虹膜的大小和晶状体的形状在肌肉的作用下也会发生改变。
眼球的外壁有3层组织。最外层的巩膜是一层纤维组织。眼睛正前方的一层透明组织叫做角膜。中层包括虹膜、睫状肌和脉络膜。虹膜上分布着色素,决定了眼珠的颜色。虹膜包围着瞳孔,起着光圈的作用,光线由此进入眼球。虹膜内的平滑肌控制着瞳孔的大小,从而调节进入眼的光线的多少。睫状肌的活动可以改变晶状体的形状,使物像聚焦并落在视网膜上。脉络膜中血管丰富,可以为眼球其他部位提供营养。
眼球的最内层叫做视网膜。视网膜上分布着感光细胞,通过视神经和大脑相连。
视网膜上存在两种不同的感光细胞,一种叫柱状细胞,这种细胞细而薄,能够感受暗光的刺激,在夜间起着极为重要的作用。另一种锥状细胞对强光敏感,一端较细,另一端较粗。柱状细胞遍布视网膜;锥状细胞只分布在视网膜内的黄斑上。由于感光细胞的作用,我们能够识别颜色,并且清晰地看到物体。柱状细胞对光线极为敏感,一旦眼睛适应了黑暗,就可以看到8千米之外的烛光。
视网膜成像
当外界物体的光线经过角膜和晶状体时,光线发生折射,物体的倒像落在视网膜上(感光胶片成像的过程与此相同)。脑部视觉皮层再次将物像倒置,所以我们最终看到的物体处于正常位置。
⊙眼的构造
这是人眼的切面图。晶状体将眼球分为两部分,晶状体前面的液体称为房水;晶状体后面充满一种胶冻状液体,称为玻璃体。光线通过角膜、房水、晶状体和玻璃体进入眼球,然后聚焦落在视网膜上。眼球由视神经直接和大脑相连。
眼受到的保护
眼周围的眼眶是颅骨的一部分,对眼睛起保护作用。此外,眉毛、睫毛和眼睑可以减少外力对眼球的冲击,将灰尘和其他有害异物屏蔽在眼睛之外。泪腺所分泌的泪液可以清洗角膜和结膜(眼睑内部),帮助杀灭细菌。
知识库
●每只眼中都分布着约1.25亿个柱状细胞和约700万个锥状细胞。
●人眼可以分辨1000多万种不同的颜色。
●眼泪有杀菌作用,可以保护眼睛不受感染。
⊙盲点
闭上左眼,盯着这个十字。将书拿到一臂距离之外,然后将书拉近眼睛。当书移到一定位置时,你会发现圆点消失了,这是因为圆点聚焦落在了“盲点”上(盲点是视网膜内没有感光细胞分布的部分)。
瞳孔的大小
瞳孔会根据进入眼睛的光线自动调节大小。对着镜子,用手捂着眼睛几秒钟,然后把手拿开,你将会看到,在光线突然加强的情况下,瞳孔迅速变小。
视觉是怎样形成的
当我们观看物体时,物体反射的光线通过眼球到达后方的视网膜,刺激视网膜上的数百万个感光细胞,从而形成物像。感光细胞的作用就像电路开关,遇到光线就开始工作。感光细胞将物体的形状、颜色等信息迅速传递到脑部,脑部对该信息进行解析之后,形成视觉。
物体反射的光线首先到达眼睛,这是视觉的第1阶段,然后光线经过瞳孔,瞳孔对进入眼睛的光线进行调节。光线通过晶状体时发生折射(弯曲),我们所观看的物体聚焦落在视网膜上。晶状体有一定弹性,它的凸度会因睫状肌的收缩和放松发生改变,这样近处和远处物体的物像都能聚焦在视网膜上,这个过程称为视觉调节。晶状体一次只能聚焦一个物体,所以当我们从不同距离观察同一物体时,晶状体的凸度会发生细微变化,以便使物体在视网膜上聚焦成像。当我们观察桌子上距离不同的物体时,这种效果尤为明显,虽然我们能看得到所有物体,但是只有我们直接观看的那个物体是显眼的。
⊙双眼单视功能
左右眼的视野有轻微差别,二者在中间位置交叉,所以两眼能够同时集中看一个目标,这就是双眼单视功能。因为眼睛具有这种功能,所以这位母亲和婴儿才能估测出两人之间的距离。
视网膜
光波穿越晶状体后,作用于视网膜上感光的柱状细胞和锥状细胞。光波中的能量能激活感光细胞,柱状细胞对光亮、黑暗和运动有反应,锥状细胞能够精确地辨别颜色。视网膜的不同部位对光的敏感程度不同,其中位于黄斑中心的黄点上的锥状细胞分布最为密集,所以这个位置聚焦成像的效果最明显。视网膜周边的部位则为我们提供周边视觉。
柱状细胞和锥状细胞被激活之后,产生电信号并通过神经元传导。视网膜上的神经细胞在盲点会合形成纤维束,称为视神经,视神经和脑部相连。视神经到达脑部后,在视束交叉(见下图)处分开。
⊙颜色的差异
当你在正常距离观看此图时,你可以清晰分辨出红点、蓝点和黑点。现在将书拿远一些,你会发现红点依然醒目,但是蓝点和黑点不太容易区分。因为视网膜上对蓝光敏感的锥状细胞分布较少,所以人眼不易分辨出远处的蓝色。
视觉皮层
神经冲动到达脑部后,传入视觉皮层。视觉皮层将神经冲动转变为心理图像,形成视觉。视觉皮层的各个部分对脑部接收到的心肌进行解析,其中有些部分负责分析形状和亮度,有些部分和图案辨认有关。
视束交叉
双眼的视神经汇集之处称为视束交叉。所有视神经在这里一分为二,左眼视神经的内半侧进入大脑右半球;右眼视神经的内半侧进入大脑左半球。双眼左侧视野的信息都进入左半球,双眼右侧视野的信息都进入右半球,这种构造有利于形成清晰的三维图像。
⊙ 色盲
你能从上图的圆点中看出数字67吗?如果你看不出来,那么你很可能是红绿色盲。色盲十分常见,约4%的人群患有色盲。因为常人有三组锥状细胞,而色盲患者只有两组,所以他们不能分辨某些颜色。
视错觉是怎样产生的
眼球传递给大脑的信息可能会误导我们。有时我们以为看到了某个物体,其实它并不在那里;有些令人费解的信息还会使大脑迷惑。此外,当大脑没有收到关于某个物体或某个图片的足够信息时,也会做出错误的判断。这些情形统称为视错觉。
有些图片会导致视错觉,这种图片很有趣,也很有挑战性。视错觉的产生和大脑处理视觉信息的方式有关,它是有规律可循的。这些图片种类多样,以下列出的5张图片分别以不同的方式为大脑设置了视力陷阱。有趣的是,每个人受视错觉影响的程度不同。
⊙螺旋陷阱
观察这个“螺旋”,你会发现你找不到它的中心。事实上,图中并没有螺旋,只有一系列的圆,但是大脑受到背景图案的误导,错误地将这些圆叠加在一起。
⊙颜色的作用
4种颜色不同的正方形分别分布在黑色背景和白色背景中。比较颜色相同的2个正方形,它们的亮度有差别吗?事实上,这2个正方形的亮度是一样的,但是你的大脑受到背景色以及正方形本身颜色的影响,会觉得黑色背景中的那一个正方形亮度高。
视错觉的产生
大脑在过去判断的经验中形成定势。例如,我们能从简单的几笔中看出人形,因为大脑中储存有丰富的相关线索会自动填充空白。但是,有时大脑会对视觉信息做出错误的解释。在有些情况下,大脑没有接收到足够的信息,或者受到了其他信息的迷惑和误导,就会产生视错觉。
⊙哪一个更高?
比较左图中地面到屋顶的高度和右图中地面到天花板的高度,哪一个更高?然后亲自测量一下。(答案在第25页)
有些视错觉的产生是由于大脑没有将图像和背景分离开来。另外一些视错觉的产生是因为大脑将若干图像混合在一起,形成了某个不存在的物体的图像。还有一种情况是图片的某一部分对大脑影响很深,以至于大脑对该图片的其他部分做出了错误的判断或解释。
⊙神奇的点
观察上面这些蓝色正方形,你会看到角落里闪动着灰色的小正方形,这种情形在你视野边缘尤为突出。这种灰色小正方形是大脑将光和视网膜上的黑色影像混合的结果。
这幅图片中分布着18个海洋生物,它们通过伪装来隐藏自己。你能把它们全部找出来吗?在自然界中,某些动物通过模拟其他生物的形态来躲避天敌。(答案在第25页)
你怎样听到声音
耳朵是听觉器官,空气振动形成声波,然后声波对耳朵中的接收器产生刺激。接收器将神经冲动传递到大脑,形成听觉。耳朵的其他部位起着维持人体平衡的作用。我们的听力在10岁左右达到最高点,随后开始逐渐减弱。
耳朵是人体重要的感觉器官之一,它和其他感觉器官一同为大脑提供我们周边环境的信息。声音到达双耳的时间不同,这个细微的时间差可以使我们准确地判断声音的来源。耳朵在人际交流过程中的作用尤为重要,因为我们必须通过耳朵才能听到他人的言语。
听觉功能
耳廓位于耳朵的外围,负责收集声波,声波经由外耳道传入中耳。鼓膜位于外耳道的最内端,是一层组织壁。声波传到鼓膜后,鼓膜开始振动,并将振动传递到中耳。中耳内有3块小听骨,分别叫做锤骨、砧骨和镫骨,它们可将振动扩大约20倍。锤骨的一段和鼓膜相连,另一端和砧骨相连。
砧骨末段和镫骨相连;镫骨末段是一层叫做卵圆窗的薄膜。
⊙耳的构造
人耳分为3部分:外耳、中耳和内耳。鼓膜在两端气压相同情况下才能自由振动。空气通过和咽喉相连的咽鼓管到达鼓膜内侧,当咽喉因感冒等原因充血时,人的听力也会随之减弱。
⊙钢琴调音
这位调音师运用他的双耳认真倾听每个琴键发出音高的细微差别,他正在用一种特制的工具给钢琴调音。
鼓膜的振动引起中耳小听骨的振动,从而将声波传入内耳。耳蜗位于内耳中,充满着淋巴液。耳蜗上分布着对声波敏感的毛细胞,毛细胞在受到刺激时会将声波转变为神经冲动,听神经将神经冲动传导到大脑,产生听觉。
人耳能听到的声波范围极广,从每秒振动20次到每秒振动2万次。相对比较,狗的听力范围更为广泛,它们能听到的声波范围是每秒振动15次~5万次。
维持人体平衡
内耳中还有一种器官,叫做半规管。半规管有3根,它们互相垂直。人体和头部的转动会引起半规管内淋巴液的振动,形成神经冲动。神经冲动传递到大脑后,大脑做出反应,通过四肢运动来维持平衡。
问题答案
第9页:
哪一组运算正确? E
破解密码 A
逃避恐龙 在史前人类出现之前,恐龙已经绝迹。
折纸盒2
第11页:
这里有多少个球? 五角形:20,正方形:30,椭圆:49,长方形:30,一共有68个球。
齿轮转动 第1组齿轮中的两个水桶都会下降,第2组齿轮的最后一个齿轮逆时针转动。
鱼和鱼钩 B,鱼尾和鱼钩不平行。
第15页:
12根吸管的难题 做一个正六面体,它侧面有4个正方形,顶端和底部各有1个正方形。
脚不沾地和连环将A,B,C环解开,连接到其余4组链条上,这样只需6个步骤。
够着它 将模型黏土绑在树上那根绳子的末端,使它摇摆起来。然后握着标杆上绳子的末端,等模型黏土朝你的方向飞来时抓住它。
第23页:
哪一个更高? 二者高度一样。
自然界中的伪装
嗅觉、味觉和触觉面面观
嗅觉、味觉和触觉器官的功能类似于人的眼和耳,它们也是将收集到的周边环境信息传送到大脑,以便大脑做出判断并运用这些信息。此外,触觉还会向人们提示人体内部的状况。
人体在受到外界物理刺激时会产生视觉、听觉和触觉,在受到化学刺激的情况下才会产生嗅觉和味觉。目前人们在嗅觉和味觉方面所进行的研究相对较少,所以对二者的功能机制的了解并不透彻。
嗅觉
人类的嗅觉比味觉更敏锐。人类不仅能够分辨上万种不同的气味,还能发觉危险性的气味,从而避开险境;而且嗅觉还在吸引异性方面起着一定作用;人们还通过嗅觉这种能力享受着日常生活中各种令人愉悦的气味。人们的鼻腔顶端分布着对气味敏感的组织,当气体分子接触该组织时,会对此处的数百万个嗅神经末梢产生刺激,随后嗅神经将刺激传送到脑部底端。脑部在接收到该信息后分辨气味,引起嗅觉。
味觉
人们通常所说的味道其实是味觉和嗅觉的混合。人们能分辨的基本味道有4种:酸、甜、苦、咸,这4种基本的味道又能混合出多种味道。味蕾是感受味觉的具体细胞,和味蕾相连的神经负责将信号传送到大脑,产生味觉。舌是主要的味觉器官,舌的不同部位可以感受不同的味道。人体的近万个味蕾分布在舌、上颚、咽和喉等部位,食物必须首先溶解在唾液里而后才能产生味觉。
⊙人的嗅觉
嗅觉和味觉是相互独立的,不过二者都是在人体受到化学刺激时产生的。鼻腔中的感受器探测到空气中有气味的分子之后,和感受器相连的神经末梢负责将信息传递到大脑。
味觉对人类的生存具有重要的意义,当食物中含有腐坏物质(酸味)或有毒物质(苦味)时,即使浓度很低,人们也能够发觉。
触觉
触觉也是大脑接收周围环境信息的一种途径。人们常常把触觉和令人愉悦的感觉联系在一起。除此之外,触觉还能感受疼痛和冷热程度,这种能力对人类的生存十分重要。皮肤和深层组织中分布着触觉感受器,皮肤接触到的物体会对感受器产生刺激,将信息传送到脊髓。各个触觉感受器外围的保护组织不尽相同,它们在皮下分布的深度也有差别,这两个因素决定了某个神经末梢是否会被轻度抚摸、压力、疼痛、震动和冷热等接触激活。触觉消失很快,所以我们常常感觉不到所穿衣物的重量。大脑还通过触觉了解人体内部环境的状况,例如,人体会通过胃痛告诉大脑消化系统出了问题。
味蕾分布
如下图所示,舌的不同部位对酸、甜、苦、咸4种味道的敏感度不同。你可以将少量的咖啡粉末、糖、柠檬汁和盐分别放在舌的不同部位,感受各个部位所尝到的味道。
⊙触觉感受器
真皮位于皮肤下层,真皮中的神经末梢负责收集温度、压力和质地等方面的信息,并且能感知疼痛。人的面部和指尖的触觉最灵敏。
知识库
●鼻腔中分布着将近1亿个嗅觉感受器。
●舌头能感受到溶液中质量浓度为0.5m g/L的某物质的苦味。
●皮肤上遍布着对触觉敏感的神经末梢,每平方厘米皮肤上约有1500个这样的神经末梢。